Controlul temperaturii în spațiu
Un sistem de control al temperaturii sau un sistem de control termic al unui satelit sau navă spațială este termenul folosit pentru a descrie toate sistemele tehnice și măsurile de monitorizare, control și reglare a temperaturii la bord în toate fazele zborului.
Deoarece o nava spatiala vidul din spațiu este expus la o energie recipient și în special de aprovizionare sub formă de căldură în mediul înconjurător este prin conducție termică nu este posibil. Acesta este unul dintre factorii esențiali care trebuie luați în considerare la proiectarea unui satelit, deoarece temperatura (sau mai bine zis echilibrul termic care se stabilește) a unui satelit poate fi controlată numai prin radiații și radiații (vezi și radiatoare cu corp gri sau negru). Este necesară o planificare și control atent pentru a preveni supraîncălzirea sau înghețarea sistemelor individuale și a părților satelitului sau a întregului satelit. În funcție de tipul de navă spațială (extrem între soare și sondele spațiale profunde), uneori sunt necesare măsuri extinse pentru a preveni absorbția sau generarea de căldură sau pierderea acesteia.
Influențând temperatura
Pentru a influența temperatura unei nave spațiale sau a sistemelor sale, este posibilă doar schimbarea uneia dintre următoarele variabile:
- Putere de căldură:
- Emisie de căldură : emisie de radiație de căldură în spațiu
- Transfer de căldură : radiație de căldură , convecție și conducere de căldură în satelit
Controlul este posibil cu ajutorul următoarelor măsuri:
- pasiv: despre proprietățile suprafeței ( acoperire , lustruire , asprare ), izolație termică , ecran termic (de ex. folii de aur), jaluzele sau panouri, materiale conductoare termic, geometria suprafeței
- semipasiv: prin transformare de fază (de ex. conductă de căldură ), fulgi bimetali
- activ: prin elemente de încălzire , circuite de răcire , sisteme de aer condiționat (în special cu sateliți echipați), alinierea satelitului
Scopul controlului temperaturii este de a menține componentele în intervalul de temperatură prevăzut pentru depozitare și funcționare și, dacă este necesar, o temperatură adecvată pentru un echipaj uman.
Temperaturile de funcționare permise tipice ale componentelor satelitului diferă și sunt utilizate în procesele chimice la motoare la 10 până la 120 ° C în rezervor la 10 până la 40 ° C (Einstofftanks) în baterii la -10 până la 25 ° C, pentru componentele electrice cu transpondere la 10 până la 45 ° C, pentru senzori de împământare la -10 până la 55 ° și pentru componente mecanice cu roți răsucite la 0 până la 45 ° C și pentru antene la -170 până la 90 ° C.
Model teoretic al schimbării temperaturii
Pentru a evita ca componentele individuale să nu se mai găsească brusc în intervalul de temperatură dorit (supraîncălzire, îngheț), se efectuează simulări. Aici, satelitul este împărțit în așa-numitele noduri (zone presupuse a fi izoterme) care schimbă căldura între ele și cu mediul. Cantitățile de schimb de căldură sunt adăugate pentru fiecare dintre aceste noduri.
Dacă satelitul se află în echilibru termic (adică nu se mai încălzește sau se răcește și schimbarea temperaturii se apropie de zero), se aplică următoarele:
Aici este puterea , m este masa și capacității calorice .
Adesea aceste simulări numerice sunt completate sau completate de teste. Pentru aceasta sunt utilizate camere termice de vid, dacă este necesar cu simulare solară.
Dezvoltarea temperaturii componentelor individuale ale unui satelit este influențată de următorii factori din apropierea Pământului:
Absorbția căldurii
Căldura poate fi absorbită de următoarele surse:
- cu grad de absorbție (radiații absorbite / radiații totale), zona efectivă în raport cu soarele , constanta solară , unghiul relativ
- Albedo (lumina soarelui reflectată de la suprafața unui corp ceresc, de ex. Pământul):
- cu gradul de absorbție , zona efectivă în ceea ce privește albedo , constanta solară , gradul de reflexie al albedo, unghiul relativ , raza pământului , raza orbitei
- cu emisivitatea pământului , zona pământului vizibilă de la satelit , puterea emisă, unghiul față de pământ sau în mod corespunzător pentru alte corpuri cerești.
- Radiația spațială:
- cu emisivitatea spațiului , constantă Stefan-Boltzmann , temperatura spațiului (în cea mai mare parte neglijabilă)
- Disipare :
- Încălzirea aerodinamică: În cazul orbitelor foarte apropiate de pământ sau de planete, este posibilă și trebuie luată în considerare absorbția de energie prin frecare cu atmosfera terestră (încălzirea aerodinamică).
Transfer de căldură către alte componente
Transferul de căldură către alte părți ale unei nave spațiale poate avea loc prin:
Eliberarea căldurii în spațiu
Singura modalitate de a emite căldură în spațiu este de a o emite în spațiu:
De obicei se folosesc radiatoare speciale , care nu trebuie expuse la lumina soarelui pentru o funcționare corectă. Pentru misiunile apropiate de soare, poate fi necesară coordonarea întregului design al satelitului cu proiectarea suprafețelor radiante.
literatură
- Ernst Messerschmid și Stefanos Fasoulas; Sisteme spațiale: o introducere cu exerciții și soluții ; ISBN 3540776990
- Ley, Wittmann, Hallmann; Manual de tehnologie spațială; ISBN 9783446411852